Praktische Oberflächentechnik

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1. Oberflächentechnik — Anwendung und Gliederung

Zusammenfassung

Die Oberfläche eines Werkstücks, das durch die Formgebung sein körperliches Aussehen bekommen hat, muß durch geeignete technische Maßnahmen in gebrauchsfähigen Zustand versetzt werden. Die Oberfläche muß funktional werden. Unter Funktionalität versteht man dabei, daß sie allen aus dem Gebrauch, dem Einsatz und der Verwendung entstehenden Ansprüchen genügen muß. Dazu zählen der Korrosionsschutz ebenso wie der dekorative Eindruck, die Rauhigkeit oder Glätte ebenso wie die Härte oder die Schmierstoflbelegung der Oberfläche.

Klaus-Peter Müller

2. Mechanische Verfahren der Oberflächentechnik

Zusammenfassung

Unter einer mechanischen Bearbeitung einer Oberfläche versteht man in der Oberflächentechnik alle mechanischen Arbeiten, die die Topographie der Oberfläche verändern. Nicht dazu zählen Verfahren, die dazu dienen, die Maßgenauigkeit eines Werkstücks herzustellen, obgleich bei der Herstellung der Maßgenauigkeit durch mechanische Bearbeitung auch die Topographie der Oberfläche verändert wird. Die Oberflächentechnik interessiert sich daher für Verfahren, die auch eingesetzt werden, um die Maßgenauigkeit zu verändern, wie auch für solche Arbeiten, bei denen ausschließlich die Topographie verändert wird.

Klaus-Peter Müller

3. Oberflächenbehandlung durch Strahlmittel

Zusammenfassung

Unter einer mechanischen Oberflächenbehandlung mit Strahlmitteln versteht man, daß die Oberfläche mit kömigen Materialien unterschiedlicher Form und Größe beworfen wird. Das kömige Material besitzt dabei eine durch Fremdeinwirkung vorgegebene erhöhte Relativgeschwindigkeit zur Oberfläche. Diese Geschwindigkeit wird dem Kom entweder durch Werfen oder durch ein strömendes Trägermedium mitgeteilt. Beim Werfen wird das Kom von rotierenden Armen eines Schleuderrades erfaßt. Beim Transport durch ein Transportmedium erhält letzteres über Pumpen oder Kompressoren zunächst eine kinetische Energie, ehe das Kom in das Transportmedium eingetragen wird. Als Transportmedien kommen allgemein Luft oder Wasser in Betracht (Naßstrahlen). Das beschleunigte Kom trifft dann auf die rauhe Oberfläche eines Werkstücks, auf der es eine spanabhebende Funktion ausüben soll. Je nach Größenrelation zwischen Rauhigkeit der Oberfläche und Komgröße des Strahlmittels ist der Strahleffekt unterschiedlich:

• Bei zu kleinem Kom wird nur geringe Wirkung beobachtet, weil das Kom vorwiegend in die Vertiefungen der Oberfläche trifft.
• Bei zu großem Kom geht etwas kinetische Energie verloren, weil das kann sogar die Rauhigkeit erhöht werden.

Klaus-Peter Müller

4. Öle und Fette in der Industrie

Zusammenfassung

Der Oberflächeningenieur sollte zum ersten Mal bei Einkauf der metallischen Rohware zu Rate gezogen werden. Bleche, Coils, Rohre, Drähte, Profile etc. sind mit Bearbeitungsrückständen oder/und Korrosionsschutzölen versehen, die den Anforderungen der nachfolgenden oberflächentechnischen Behandlung nicht hinderlich im Wege stehen sollten.

Klaus-Peter Müller

5. Reinigen und Entfetten

Zusammenfassung

Werkstücke, die aus der Bearbeitung in die Oberflächentechnik gelangen, tragen alle Rückstände, die mit dem Vormaterial hereingebracht oder im Laufe der Bearbeitung aufgetragen wurden. Die Rückstände sind Fette, Öle, Rost, Staub, Abrieb, Schleif- und Poliermittel und anderes. Alle Verunreinigungen der Oberfläche müssen daher im ersten Schritt durch eine Reinigung entfernt werden.

Klaus-Peter Müller

6. Phosphatieren

Zusammenfassung

Das Lackieren von Erzeugnissen aus Eisen und Stahl dient nicht nur dazu, die Erzeugnisse dekorativ ansehnlicher zu gestalten. Auch der Korrosionsschutz der Artikel soll dadurch entscheidend verbessert werden.

Klaus-Peter Müller

7. Chromatierverfahren und Brünierungen

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Die Bildung von Chromatschichten wird im allgemeinen nur bei Aluminium- und Zinkwerkstoffen angewendet. Je nach Farbe der gebildeten Schicht werden Gelb-, Grün-, Blau-, Schwarz- oder Transparentchromatierungen unterschieden.

Klaus-Peter Müller

8. Beizen und Entrosten

Zusammenfassung

Beizprozesse sind in der metallverarbeitenden Industrie heute weit verbreitet. Beizverfahren werden nicht nur als Vorbehandlungverfahren sondern intensiv auch als Form- gebungsverfahren angewendet. Im folgenden Abschnitt wird Beizen als Vorbehandlungsprozeß bei der Verarbeitung von Metallen und Kunststoffen nicht jedoch als Formgebungsverfahren behandelt.

Klaus-Peter Müller

9. Spültechnik und Trocknen nach Vorbehandlungen

Zusammenfassung

Spülen ist genauso wichtig für den Erfolg einer Vorbehandlung wie die Vorbehandlung selber. Gerade beim Spülen versucht man Kosten einzusparen. Man erreicht meist genau das Gegenteil. Man kann jedoch nicht generell eine Vorschrift für richtige Spültechnik geben, weil hier individuelle Prozeßfragen Varianten erforderlich machen. In den folgenden Abschnitte werden daher einige Fälle diskutiert, die als typisch für ihre Sparte anzusehen sind.

Klaus-Peter Müller

10. Die Trocknung

Zusammenfassung

Trocknung ist ein sehr wichtiger Arbeitsgang, weil organische Lösungsmittel oder/und Wasser aus dem Prozess entfern werden. Trocknung ist ein Energie verbrauchender Prozess, so daß das Auffmden der geeignetsten Trocknungsmethode gleichzeit auch die Ökonomie des Prozesses mit bestimmt. Trocknen ist auch eine Spezialaufgabe der Lackiertechnik, so daß auch dort Hinweise vorzufinden sind.

Klaus-Peter Müller

11. Angewandte Vorbehandlungsverfahren

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Die Oberflächenbehandlung von Draht stellt ebenso wie die in Emaillierprozessen einen Sonderfall dar. Hier sind Techniken verbunden mit Besonderheiten nachfolgender Prozesse, so daß es notwendig ist, beiden Verfahren je ein Sonderkapitel zu widmen.

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12. Organische Beschichtungen — Farben und Lacke

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Organische Beschichtungsstoffe bestehen zum überwiegenden Teil ebenfalls aus anorganischen Materialien. Klebefolien ausgenommen, enthalten organische Beschichtungsstoffe organische Filmbildner aber auch einen hohen Prozentsatz anorganischer Füllstoffe und Pigmente.

Klaus-Peter Müller

13. Das Emaillieren

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Emaillieren nennt man das Aufbringen eines Emails auf ein festes Substrat. Dabei ist Email die Beschichtung, das emaillierte Substrat (meist Stahlblech) ein Verbundwerkstoff mit anderen Eigenschaften als Grundwerkstoff oder Beschichtung für sich allein. Das ist unter den Beschichtungen einmalig, daß eine Beschichtung, die Eigenschaften des Gesamtwerkstoffs völlig verändert. Während eine Lackschicht oder eine galvanisch aufgebrachte Metallschicht einige Eigenschaften des Grundwerkstoffs wie Korrosionsfestigkeit etc. verändem, werden beim Emaillieren sämtliche Eigenschaften, auch die mechanischen Werte des Werkstoffs verändert, so daß ein eigener Verbundwerkstoff entsteht.

Klaus-Peter Müller

14. Chemisches Metallisieren

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Das Beschichten von Werkstücken mit Metallschichten hat immer den Zweck, ein billigeres Grundmaterial, aus dem die Form und Festigkeit des Werkstücks und damit auch die überwiegende Masse des Materials besteht, mit einem teureren Material, das dekorativer aussieht, besseren Korrosionsschutz bietet oder/und die abrasiven Eigenschaften der Oberfläche verbessert, zu überziehen. Man sollte alle diese Prozesse mit Metallisieren bezeichnen. Metallisiert werden Kunststoffartikel, um sie zum Zwecke der Erdung elektrisch leitend zu erhalten oder um Metallartikel wie Radkappen, Zier- oder Verschlußkappen oder Stoßstangen aus Metall vorzutäuschen. Metallisiert werden aber auch Eisen-, Messing-, Aluminium- oder Zinkartikel, um die Gebrauchseigenschaften zu verbessem und um den Artikel für den Kunden attraktiver zu gestalten. Zum Metallisieren werden verschiedene Verfahren eingesetzt:

• Schmelztauchschichten
• chemisch aufgetragene Metallschichten
• galvanisch aufgetragene Metallschichten
• Aufschweißen von Metallschichten
• Aufspritzen von Metallschichten
• mechanisches Aufbringen von Metallsschichten
• im Vakuum aufgetragene Metallschichten

Schmelztauchschichten entstehen dadurch, daß man das Werkstück in geschmolzenes Metall eintaucht und dadurch mit diesem Metall überzieht. Diese Methode ist die älteste Metallisierungsmethode. Sie ist daran gebunden, daß man temperaturbeständige Werkstücke verwendet, die weder verbrennen noch sich verziehen. Da dieser Vorgang früher mit einem sichtbaren Feuer unter dem Schmelzkessel verbunden war, wurden solche Verfahren als Feuerverzinken oder Feuerverzinnen etc. bezeichnet.

Klaus-Peter Müller

15. Galvanisches Metallisieren

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Wäßrige Lösungen von Salzen, Säuren oder Basen leiten den elektrischen Strom. Der Stromtransport wird durch die Wanderung der Ionen in der Lösung hervorgerufen und ist mit Materietransport verbunden. Trifft das wandernde Ion auf eine Elektrode, wird das Ion entladen. Ist das wandernde Ion ein Schwermetallion, so kann sich das Schwermetall beim Entladen auf der Elektrode abscheiden. Diesen Vorgang nennt man galvanisch Metallisieren.

Klaus-Peter Müller

16. Schmelztauchschichten

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Unter Schmelztauchschichten werden Schichten verstanden, die durch Eintauchen eines metallischen Werkstücks in geschmolzenes Metall erzeugt werden. Tabelle 16-1 zeigt, welche technisch wichtige Schmelztauchschichten auf gängige Werkstoffe aufgebracht werden.

Klaus-Peter Müller

17. Diffusionsschichten

Zusammenfassung

Unter Diffusionsschichten werden Schichten verstanden, die durch Diffusionsprozesse entstehen. Solche Schichten können durch Aufnahme eines Werkstoffs in die Werk- stückoberfiäche oder durch wechselseitiges Ein- und Auswandern von Fremdatomen und das Werkstück aufbauende Atome entstehen. Im Einzelnen werden darunter verstanden und behandelt

• Härten und Aufkohlen
• Carbonitrieren
• Nitrieren
• Borieren
• Inchromieren
• Alitieren und Sherardisieren

Klaus-Peter Müller

18. Metallische Dickschichten

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Reparaturschichten, aber auch abrasiv besonders belastete Schichten, müssen eine Auftragsstärke im Millimeterbereich erhalten. Methoden, um solche Schichten herzustellen, wurden beim chemisch Metallisieren bereits besprochen. Andere Werkstoffe als Nickel, harte metallische Legierungen etc. können nur durch spezielle Dickschichtverfahren wie Auftragsschweißen, Panzern, Plattieren oder Flammspritzen aufgetragen werden.

Klaus-Peter Müller

19. Dünnschichttechnologie

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Das Abscheiden dünner Schichten mit besonderen Eigenschaften kann auf zwei prinzipiell unterschiedlichen Wegen erfolgen, wobei die Grenzen zwischen beiden Verfahren fließend sind. Ein Weg zu dünnen Schichten besteht darin, daß man die chemische Schichtbildungsreaktion lokalisiert auf der Oberfläche des Werkstücks ablaufen läßt. Man nennt Verfahren dieser Art CVD-Verfahren (Chemical Vapour Deposition).

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20. Chemische und anodische Oxidschichtbildung bei Aluminium

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Aluminiumwerkstoffe werden durch Ausbildung einer Oxidschicht vor Korrosion geschützt. Dickere Oxidschichten dienen als Dielektrikum bei elektrischen Kondensatoren. Aluminiumoxidschichten lassen sich farbenprächtig einfärben ohne Lackanwendung. Die Herstellung solcher Schichten kann chemisch oder elektrochemisch erfolgen.

Klaus-Peter Müller

21. Behandlungsgerechtes Konstruieren

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Die Behandlung in oberflächentechnischen Verfahren und Prozessen erfordert die Einhaltung bestimmter Konstruktionsregeln, ohne deren Einhaltung die Behandlung erschwert oder gar unmöglich gemacht wird. Bislang haben zu diesem Problem nur die einzelnen Fachverbände Stellung bezogen und teilweise Broschüren [183, 184] mit auf ihre Produktionen zugeschnittenen Regeln herausgegeben. Vergleicht man jedoch diese Regelwerke, so schälen sich allgemein gültige Konstruktionsregeln heraus, die man gelegentlich nur mit Ergänzungen für den Spezialfall versehen muß. Folgende Regeln sollten beachtet werden:

I.

Die Konstruktion eines Werkstücks soll so ausgelegt sein, daß alle gasförmigen, flüssigen oder festen Behandlungsmedien die Oberfläche ungehindert erreichen und ungehindert wieder verlassen können. Das gilt für die Einwirkung von Gasen beim Nitrieren ebenso wie für die Einwirkung von Pulverlacken beim Auftragen und speziell auch für die Einwirkung flüssiger Medien wie Reinigerlösungen, Beizen oder auch metallischer Schmelzen. Insbesondere bei flüssigen Einwirkungsmedien müssen notfalls Ab- laufbohrungen angebracht werden (Bild21-1).

 

II.

Vertiefungen aller Art sollten so angebracht werden, daß sie beim Tauchen in flüssige Medien ohne Bildung von Luftblasen befüllt und ohne Bildung von Rückständen entleert werden können.

 

Klaus-Peter Müller

22. Umweltschutz in der Galvanik und anderen chemischen Prozessen — Grundzüge der Abwasserbehandlung im oberflächentechnischen Betrieb

Zusammenfassung

Obgleich die heutige Technik viele Methoden anbietet, Prozesse oder Teilschritte von Prozessen abwasserfrei zu betreiben, fällt in fast jedem normalen Betrieb oder Betriebsteil der Oberflächentechnik Abwasser an. Diese Abwässer können mit Schadstoffen, Giften, Schwermetallen oder auch nur mit organischen Verbindungen und Salzen beladen sein, so daß der Betrieb gegebenenfalls Vorrichtungen zu ihrer Reinigung und zur Beseitigung der Abfallstoffe aus den Abwässem errichten muß.

Klaus-Peter Müller

23. Beschichtungsfehler und ihre Ursachen

Zusammenfassung

Fehler, Fehlererscheinungsbilder und Fehlerursachen können so erheblich verschieden sein, daß es kaum möglich sein wird, alle Möglichkeiten zu erfassen. Im folgenden Abschnitt sollen wichtige Fehler, ihr Erscheinungsbild und ihre Behebung für die wichtigsten Beschichtungsverfahren zusammengestellt werden.

Klaus-Peter Müller

24. Literatur

Klaus-Peter Müller

25. Bildquellennachweis

Klaus-Peter Müller

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